利用模數(shù)法設(shè)計球墨鑄鐵件的冒口冷鐵工藝實例_薛蕊莉

1、·· 薛蕊莉,林艷茹(寧夏共享集團有限責(zé)任公司,寧夏銀川750021摘要:鑄件模數(shù)的計算對控制鑄件的凝固順序十分重要。為解決發(fā)電內(nèi)襯鑄件上的縮松問題,筆者利用模數(shù)法設(shè)計球墨鑄鐵件的冒口及冷鐵,且通過該方法成功地解決了鑄件的縮松問題。結(jié)果表明,改進后同類產(chǎn)品的廢品率由改進前的23.6%左右降低到2%以下。關(guān)鍵詞:模數(shù);補縮距離;冒口;冷鐵中圖分類號:TG143.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-4977(201212-1462-03利用模數(shù)法設(shè)計球墨鑄鐵件的冒口冷鐵工藝實例收稿日期:2011-02-26收到初稿,2011-03-20收到修訂稿。XUE Rui-li,LIN

2、Yan-ru(Ningxia Kocel Group Co.,Ltd.,Yinchuan 750021,Ningxia,China Process Example of Risers and Chills of Ductile Iron Casting byModuli Calculation MethodAbstract :Calculation of casting modulus is very important for the control of sequence solidification of thecasting.In order to solve the disperse

3、d shrinkage of power lining casting,the moduli calculation method was used to design the risers and chills of the ductile iron casting,and the dispersed shrinkage was successfully solved by the method.The results show that the rejection rate of the similar products decreases from 20%to 2%after impro

4、vement.鑄造FOUNDRY由于球墨鑄鐵糊狀凝固的特點,縮松缺陷一直是困擾球墨鑄鐵件生產(chǎn)的難題,所以技術(shù)人員在設(shè)計工藝時形成一個習(xí)慣采用大量的冷鐵。雖然采用冷鐵能在一定程度上降低縮松缺陷,但是使用大量冷鐵造成成本高,操作難,并且有些產(chǎn)品使用冷鐵越多反而成功率更低。通過不斷摸索和學(xué)習(xí),利用模數(shù)法進行嚴(yán)格計算,建立良好的補縮通道,可以很好地解決球墨鑄鐵縮松缺陷。本文中所述的產(chǎn)品是燃?xì)獍l(fā)電鑄件之一的內(nèi)襯鑄件,長期以來工藝上采用很多冷鐵,但是廢品率一直居高不下,在2010年8月至2011年5月,共生產(chǎn)72件,由于縮松導(dǎo)致的廢品12件,占總廢品的70.6%,見圖1。1產(chǎn)品參數(shù)及原工藝鑄件高度620m

5、m ,外圓最大半徑494mm ,頂部內(nèi)圓半徑372mm ,鑄件最大壁厚(頂部81mm ,最小壁厚38mm ,鑄件重366kg ,材質(zhì)要求為ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的A395。原工藝?yán)滂F及冒口工藝見圖2,外側(cè)鋪滿厚度40mm 的灰鑄鐵冷鐵,內(nèi)側(cè)在凸出位置放置60mm 厚的冷鐵,冒口為200mm ×200mm 的保溫冒口4個。2工藝改進理論基礎(chǔ)根據(jù)鑄件凝固理論,鑄件凝固時間決定于它的體圖1原工藝產(chǎn)品缺陷統(tǒng)計的排列圖Fig.1The Pareto diagram of different defects of original process 圖2改進前工藝Fig.2The technology b

6、efore improvement1462··表1鑄件模數(shù)計算結(jié)果Table 1Calculation results of the casting moduli鑄造薛蕊莉等:利用模數(shù)法設(shè)計球墨鑄鐵件的冒口冷鐵工藝實例積和表面積的比值,即鑄件的模數(shù),通常用M 表示。模數(shù)越大,凝固時間就越長,通常有如下公式:M C =VA (1T 凝固=K ×M C 2(2式中:M C 為鑄件模數(shù),cm ;V 為鑄件體積,cm 3,A 為散熱表面積,cm 2;T 為凝固時間,s ;K 為系數(shù),不同的材料具有不同的值。3模數(shù)及收縮時間比例(ST 計算將鑄件斷面劃分如圖31,依據(jù)模數(shù)的

7、計算公式,計算各部分的模數(shù)見表1。產(chǎn)品的化學(xué)成分控制目標(biāo):3.35%3.65%C 、2.3%2.6%Si 、0.03%P 、0.04%0.045%Mg 。澆注溫度13301350,型內(nèi)溫度達(dá)12801300。依據(jù)化學(xué)成分和型內(nèi)溫度,根據(jù)圖4可計算出斷面各部分的ST 值和鑄件的收縮率(表1,ST 值就是在凝固過程中發(fā)生收縮的時間占整個凝固時間的比值1。4冒口設(shè)計4.1冒口位置確定不同于鑄鋼件的凝固方式,球墨鑄鐵在石墨析出后會產(chǎn)生體積膨脹,即在凝固過程中有收縮階段,也有膨脹階段。冒口的凝固不必晚于鑄件,在膨脹開始的時候冒口關(guān)閉可充分利用石墨化的膨脹作用,要實現(xiàn)這一目標(biāo),則必須要滿足:M N =1.

8、2ST %姨×M C(3式中:M N 為冒口頸模數(shù),cm ;ST 為放置冒口處鑄件凝固時間比例,%;M C 為放置冒口處鑄件模數(shù),cm 2。確定冒口放在1區(qū)還是2區(qū),可通過公式來判斷,如果滿足這個公式,斷面1可以補縮到斷面2,反之則不能。對于該鑄件判斷式成立,則可以將冒口放置在斷面1處2。4.2冒口模數(shù)計算帶易割片的頂冒模數(shù)等于冒口頸的模數(shù),利用式(3計算冒口的模數(shù)為1.2×0.33姨×2.8=1.930cm :即冒口的模數(shù)等于1.930cm 時可在石墨化膨脹之初冒口凝固關(guān)閉。4.3冒口體積圓柱體的冒口尺寸與模數(shù)的關(guān)系是:M R =RH 2(R+H (4式中:M

9、R 為冒口模數(shù),cm ;R 為冒口的半徑,cm ;H 為冒口的高度,cm 。選擇半徑R 為6cm 的冒口,則高度H 為11cm 的砂冒口就可以滿足要求。4.4冒口數(shù)量的確定及核算球墨鑄鐵水平補縮距離為35倍的壁厚,該鑄件放置的冒口部位水平長度為1360mm ,壁厚為122mm ,按最小補縮距離計算則需要放置4個冒口就可以沿水平補縮到。4個冒口能進行有效補縮的鐵液量為14.3kg (砂冒口的有效補縮率僅為10%,鑄件的收縮率為0.3%,則整個鑄件需要補縮的量為1.09kg ,4個冒口足以進行補縮。5冷鐵設(shè)計球墨鑄鐵的垂直補縮距離通常按照壁厚的7倍來計算,本鑄件從頂部可以補縮到的距離是310mm

10、,即低于310mm 的鑄件無法補縮到,會出現(xiàn)縮松缺陷。而且在模數(shù)較大的4部位要加強激冷,所以采用從底部開始鋪設(shè)冷鐵增大末端區(qū),冷鐵的鋪設(shè)高度為310mm 。圖3鑄件斷面劃分Fig.3Section division of the casting圖4收縮時間及收縮率計算圖Fig.4Calculation graph of ST and shrinkage rate斷面號12345ST /%3333482949收縮率/%0.31463··FOUNDRY6工藝模擬結(jié)果和實際結(jié)果通過模數(shù)法進行冒口和冷鐵設(shè)計,并設(shè)計底注封閉式澆注系統(tǒng)3,將設(shè)計好的工藝轉(zhuǎn)化成三維圖形并利用MAGMA模擬軟件進行工藝模擬驗證,模擬結(jié)果顯示缺陷很小,在可接受范圍內(nèi),見圖5。通過工藝改進后,從2011年10月至2012年3月共生產(chǎn)34件產(chǎn)品,因夾渣報廢了2件產(chǎn)品,沒有因為縮松產(chǎn)生的廢品。7結(jié)束語通過此產(chǎn)品的改進,其工藝設(shè)計方法在技術(shù)人員中推廣學(xué)習(xí),利用模數(shù)法進行冷鐵和冒口的設(shè)計,在大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時,減少了冷鐵的使用量,降低操作者的勞動強度。參考文獻(xiàn):1John R Brown.Foseco ferrous foundryman's handbookM.London:Butterworth-Heinemann,2000:318-3